为什么微服务需要 API 网关？

本文我们主要讲解为什么微服务需要 API 网关。

对网关我们并不陌生，网关的概念来源于计算机网络，表示不同网络之间的关口。在系统设计中，网关也是一个重要的角色，其中最典型的是各大公司的开放平台，开放平台类网关是企业内部系统对外的统一入口，承担了很多业务，比如内外部数据交互、数据安全、监控统计等功能。

在微服务架构中，API 网关的作用和开放平台等传统网关又有一些不同，下面一起来看一下微服务中 API 网关的相关知识。

为什么需要网关

在微服务架构中，一个大应用被拆分成多个小的服务，这些微服务自成体系，可以独立部署和提供对外服务。一般来说，微服务的调用规范主要有 RPC 和 Restful API 两种，API 网关主要针对的是后面一种，也就是以 Spring Cloud 为代表的微服务解决方案。

从一个实际场景入手

假设我们要使用微服务构建一个电商平台，一般来说需要订单服务、商品服务、交易服务、会员服务、评论服务、库存服务等。

移动互联网时代，我们的系统不仅会通过 Web 端提供服务，还有 App 端、小程序端等，那么不同客户端应该如何访问这些服务呢？

如果在单体应用架构下，所有服务都来自一个应用工程，客户端通过向服务端发起网络调用来获取数据，通过 Nginx 等负载均衡策略将请求路由给 N 个相同的应用程序实例中的一个，然后应用程序处理业务逻辑，并将响应返回给客户端。

在微服务架构下，每个服务都是独立部署，如果直接调用，系统设计可能是这样的：

各个调用端单独去发起连接，会出现很多问题，比如不容易监控调用流量，出现问题不好确定来源，服务之间调用关系混乱等。

如何解决这个局面呢

针对这些问题，一个常用的解决方案是使用 API 服务网关。在微服务设计中，需要隔离内外部调用，统一进行系统鉴权、业务监控等，API 服务网关是一个非常合适的切入口。

通过引入 API 网关这一角色，可以高效地实现微服务集群的输出，节约后端服务开发成本，减少上线风险，并为服务熔断、灰度发布、线上测试等提供解决方案。

使用网关，可以优化微服务架构中系统过于分散的弊端，使得架构更加优雅，选择一个适合的 API 网关，可以有效地简化开发并提高运维与管理效率。

应用网关的优劣

API 网关在微服务架构中并不是一个必需项目，而是系统设计的一个解决方案，用来整合各个不同模块的微服务，统一协调服务。

API 网关自身也是一个服务，网关封装了系统内部架构，为每个客户端提供了一个定制的 API。从面向对象设计的角度看，它与外观模式（Facade Pattern）类似，外观模式的定义是，外部与一个子系统的通信必须通过一个统一的外观对象进行，为子系统中的一组接口提供一个一致的界面，这一点和 API 网关的作用非常类似。

除了封装内部系统之外，API 网关作为一个系统访问的切面，还可以添加身份验证、监控、负载均衡、限流、降级与应用检测等功能。

通过在微服务架构中引入 API 网关，可以带来以下的收益：

• API 服务网关对外提供统一的入口供客户端访问，隐藏系统架构实现的细节，让微服务使用更为友好；

• 借助 API 服务网关可统一做切面任务，避免每个微服务自己开发，提升效率，使系统更加标准化；

• 通过 API 服务网关，可以将异构系统进行统一整合，比如外部 API 使用 HTTP 接口，内部微服务可以使用一些性能更高的通信协议，然后在网关中进行转换，提供统一的外部 REST 接口；

• 通过微服务的统一访问控制，可以更好地实现鉴权，提高系统的安全性。

API 网关并不是一个必需的角色，在系统设计中引入网关，也会导致系统复杂性增加，带来下面的问题：

• 在发布和部署阶段需要管理网关的配置，保证外部 API 访问的是正常的服务实例；

• API 服务网关需要实现一个高可用伸缩性强的服务，避免单点失效，否则会成为系统的瓶颈；

• 引入API 服务网关额外添加了一个需要维护的系统，增加了开发和运维的工作量，提高了系统复杂程度。

可以看到，应用API 网关需要权衡带来的收益和因此增加的复杂性，这也是我们前面说的，分布式系统是复杂性和收益的平衡，需要针对具体业务进行合理的架构设计。

微服务网关选型

在微服务领域，有许多开源网关实现，应用比较多的是 Spring Cloud Zuul 和 Spring Cloud Gateway。

Spring Cloud Zuul

Spring Cloud Zuul 是 Spring Cloud Netflix 项目的核心组件之一，是 Netflix 开发的一款提供动态路由、监控、弹性、安全的网关服务。

Zuul 分为 1.x 和 2.x 两个大版本，1.x 版本是基于 Servlet 构建的，采用的是阻塞和多线程方式。1.x 版本在 Spring Cloud 中做了比较好的集成，但是性能不是很理想。后来 Netflix 宣布开发 2.x 版本，目前已经更新到了 2.x 版本，不过 Spring Cloud 官方并没有集成，而是开发了自己的 Spring Cloud Gateway。

Spring Cloud Gateway

Spring Cloud Gateway 是 Spring Cloud 体系的第二代网关组件，基于 Spring 5.0 的新特性 WebFlux 进行开发，底层网络通信框架使用的是 Netty。

Spring Cloud Gateway 可以替代第一代的网关组件 Zuul。Spring Cloud Gateway 可以通过服务发现组件自动转发请求，集成了 Ribbon 做负载均衡，支持使用 Hystrix 对网关进行保护，当然也可以选择其他的容错组件，比如集成阿里巴巴开源的 Sentinel，实现更好的限流降级等功能。

总结

本文分享了 API 网关的应用场景，使用网关带来的收益，以及对应增加的系统复杂度，最后介绍了两款开源微服务网关选型。希望通过本课时的学习，能够让你对 API 服务网关有一个初步的认识，对文中提到的 Zuul 和 Spring Cloud Gateway 两大组件，以及背后相关的技术实现，如 WebFlux，官网有非常多的学习资料，感兴趣的同学可以自行学习。